Investigadores do Laboratório Nacional Argonne, nos Estados Unidos, demonstraram uma técnica capaz de converter diamante em semicondutor do tipo n sem recurso à dopagem química tradicional. A abordagem recorre a uma fina película bidimensional de dissulfeto de molibdênio (MoS2) colocada sobre o diamante, criando uma heteroestrutura que garante mobilidade eletrónica inédita a temperatura ambiente. O avanço elimina o principal obstáculo técnico que, há décadas, travava o uso deste material em circuitos de alta potência e em ambientes extremos.
Diamante: vantagens e limite histórico
O diamante reúne propriedades consideradas ideais para a eletrônica de potência. Dissipa calor melhor que quase todos os materiais semicondutores, suporta temperaturas elevadas, resiste à radiação intensa e opera com perdas elétricas mínimas. Além disso, versões sintéticas produzidas em escala industrial — os chamados nanodiamantes — reduzem drasticamente os custos, afastando a ideia de que apenas gemas naturais teriam de ser usadas.
Apesar desse conjunto de benefícios, o material esbarrava numa limitação fundamental: a dificuldade em produzir regiões conducentes do tipo n. Qualquer circuito necessita de zonas n (eletrões livres) e p (lacunas positivas) para formar junções retificadoras, essenciais em diodos e transístores. No silício e em outros semicondutores, a dopagem química adiciona átomos doadores ou aceitadores para gerar essas regiões. No diamante, entretanto, a inserção de dopantes enfrentava problemas de solubilidade e estabilidade, mantendo o material restrito a aplicações experimentais.
Eletrões induzidos por campo elétrico
O grupo liderado por Akshay Wali adotou um caminho diferente: dopagem eletrostática. Em vez de introduzir impurezas, a técnica utiliza o campo elétrico de um material adjacente para deslocar cargas para dentro do diamante. Para isso, os cientistas depositaram uma camada de MoS2 com espessura atómica diretamente sobre a superfície do cristal. A interface resultante força elétrons a “tunelar” do sulfeto de molibdênio para o diamante, criando uma região funcionalmente equivalente a um semicondutor n.
Quando uma tensão é aplicada, os eletrões vindos da molibdenita encontram as lacunas existentes no diamante do tipo p. O processo estabelece a junção pn necessária para o fluxo de corrente unidirecional, sem alterar permanentemente a composição do material. De acordo com os resultados, os dispositivos alcançaram índices de desempenho nunca registados em estruturas baseadas em diamante, mantendo operação estável a temperatura ambiente.
Imagem: Tecnologia e Inovação
Impacto potencial e próximos passos
A possibilidade de fabricar transístores de diamante com regiões n abre caminho para equipamentos de alta potência mais compactos e eficientes. Redes elétricas, acionamentos industriais, veículos elétricos, satélites e reatores nucleares são exemplos de setores que poderão beneficiar da maior tolerância térmica e resistência à radiação oferecidas pelo material.
Além de testar a durabilidade sob radiação, a equipa pretende avaliar a compatibilidade com processos de fabrico existentes na indústria de semicondutores. Outro objetivo é experimentar outras películas 2D, procurando otimizar ainda mais a mobilidade de portadores de carga e a estabilidade a longo prazo. Caso esses testes confirmem a viabilidade industrial, o diamante poderá finalmente competir com silício, carbeto de silício e nitreto de gálio em aplicações onde a dissipação de calor e a robustez contam mais do que o preço por centímetro quadrado.
A investigação sugere que a combinação de nanodiamante sintético com materiais bidimensionais constitui uma rota prática para superar barreiras históricas da eletrônica de potência. Se a produção em larga escala se mostrar economicamente viável, fontes renováveis, sistemas de transmissão em corrente contínua e componentes para missões espaciais poderão incorporar, em poucos anos, dispositivos baseados na pedra mais dura do planeta.
